[物理]2、电离辐射与物质的相互作用.ppt

入射X（γ）光子的能量最终转化为两部分： 1）次级电子（光电子和俄歇电子）的动能； 2）特征X射线能量。 对于低原子序数材料，轨道电子的结合能很小（如K层电子结合能大约500eV），而特征X射线能量的平均值应小于结合能， 因此以发射特征X射线形式损失的能量很小可以忽略，从而入射光子的能量基本上都转移给了次级电子。 与其它相互作用相比，低能时光电效应是光子与物质相互作用的最主要的形式，而低能光子的光电效应只能产生低动能的次级电子；当电子动能低时，其辐射损失能量可以忽略，从而转移给物质的能量基本上都被物质吸收了。 对于低能X（γ）光子和低原子序数的材料， (3). 光电子的角分布 光电子的角分布与入射X光子能量有关 能量低 — 大角度分散 能量高 — 小角度集中 (1). 康普顿效应作用过程 Ⅱ.康普顿效应(与原子外层电子作用） 光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子。损失能量后的X（γ）光子称为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。 考虑到相对于康普顿效应占优势的光子能量范围，电子的结合能很小，因此在推导有关的计算公式时，往往忽略结合能的作用，把康普顿效应看成是光子和静止的自由电子之间的弹性碰撞。 (2). 作用系数 康普顿效应总截面、散射截面和转移截面： 线性衰减系数、线性能量转移系数 ： 质量衰减系数、质能转移系数 ： 总截面 散射截面 转移截面 每个原子的康普顿效应 ?Z 除氢元素外，大多数材料具有近似相同的Z/A 质量衰减系数 质能转移系数 与Z近似无关 康普顿效应的 (3). 反冲电子的角分布和能谱 能量增加，趋向于入射方向。在0°～90°分布。 之间分布。 程品晶 （cheng-pj@usc.edu.cn) 核科学技术学院 肿瘤放射物理学 第二章 电离辐射与物质的相互作用 ※ 基本概念 §1 带电粒子与物质的相互作用 §2 X（γ）射线与物质的相互作用 ※ 基本概念 电离：原子的核外电子因与外界相互作用获得足够的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的电离。 直接电离：由带电粒子通过碰撞直接引起的物质的原子或分子的电离称为直接电离。 间接电离：不带电粒子通过与物质的相互作用产生带电粒子引起的原子的电离，称为间接电离。 电离辐射：由带电粒子、不带电粒子、或两者混合组成的辐射称为电离辐射。 §1 带电粒子与物质的相互作用 一、带电粒子与物质相互作用的主要方式 作用的主要方式： （1）与原子核外电子发生非弹性碰撞； （2）与原子核发生非弹性碰撞； （3）与原子核发生弹性碰撞； （4）与原子核发生核反应。 （一）带电粒子与核外电子的非弹性碰撞 当带电粒子从靶物质的原子近旁经过时，入射粒子与轨道电子之间的库仑力使轨道电子受到吸引或排斥，从而获得一部分能量。 如果轨道电子获得足够的能量，就会引起原子电离，原子成为正离子，轨道电子成为自由电子。 如果轨道电子获得的能量不足以电离，则可以引起原子激发，使电子从低能级跃迁到高能级。处于激发态的原子很不稳定，跃迁到高能级的电子会自发跃迁到低能级而使原子回到基态，同时放出特征X射线或俄歇电子。 如果电离出来的电子具有足够的动能，能进一步引起物质电离，则称它们为次级电子或δ电子，由次级电子引起的电离称为次级电离。 带电粒子因与核外电子的非弹性碰撞，导致物质原子电离和激发而损失的能量称为碰撞损失或电离损失。 描述电离（碰撞）损失的两个物理量： 线性碰撞阻止本领（linear collision stopping power）入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时电离损失的平均能量。 用 Scol 或 表示 质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）：线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度。 用 或 表示 电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质的每克电子数之间的关系 1、重带电粒子质量碰撞阻止本领表达式： 结论： （1）近似与重带电粒子的能量成反比，这是因为带电粒子速度越慢，与轨道电子相互作用的时间越长，轨道电子获得的能量就越大； （2）与靶物质的每克电子数成正比； （3）与重带电粒子的电荷数平方成正比。 2、电子质量碰撞阻止本领表达式： 结论： （1）电离损失也和物质的每克电子数成正比； （2）电离损失与入射电子能量的关系较复杂：低能时，公式中方括号外的项起决定作用，电离损失近似与电子能量成反比；高能时，方括号外的项近似不变，而方括号内的项随能量